Babcock-Leighton 发电机框架下太阳周期的长期变化

我们利用一种新颖的 3D Babcock-Leighton 发电机模型探究了太阳周期变化的成因。在该模型中，基于对流区底部的环向磁通，生成了具有从观测分布中获得的统计特性的双极磁区（BMRs）。我们发现，对 BMR 倾角的微小抑制足以稳定发电机增长。BMR 出现的随机性与非线性使得极向磁场不均等，并导致太阳周期产生一定变化。然而，当考虑 BMR 倾角围绕 Joy 定律的观测散布（标准差为 $15^\circ$）时，我们的模型产生了太阳周期的变化，包括与观测相当的南北不对称性。磁场的形态与观测非常相似，特别是表面径向磁场具有更加混合的极性场。观测散布也产生了极小期。在 11,650 年的模拟中，检测到了 17 次极小期，模型有 $11\%$ 的时间处于这些极小期。当我们将倾角散布加倍时，模型产生了正确的极小期统计特性。重要的是，即使在极小期期间，发电机也仅凭少数 BMRs 便能继续运行，而无需任何额外的 alpha 效应。其原因在于向下的磁泵浦抑制了磁通跨越表面的扩散。磁泵浦还有助于利用观测到的 BMR 磁通分布实现 11 年磁周期，即使在高扩散率下亦然。